电离总剂量效应对HfO2栅介质经时击穿特性影响
作者:
作者单位:

1.中国科学院,特殊环境功能材料与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011;2.中国科学院,新疆理化技术研究所,新疆 乌鲁木齐 830011;3.中国科学院大学,北京 100049

作者简介:

魏莹(1983-),女,博士,副研究员,主要研究方向为电子器件辐射效应.email:weiying@ms.xjb.ac.cn.
崔江维(1983-),女,博士,研究员,主要研究方向为电子器件辐射效应.
蒲晓娟(1998-),女,在读硕士研究生,主要研究方向为功率器件辐射效应.
崔旭(1996-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为纳米器件辐射效应.
梁晓雯(1992-),女,在读博士研究生,主要研究方向为功率器件辐射效应.
王嘉(1981-),男,学士,工程师,主要研究方向为辐照试验.
郭旗(1964-),男,学士,研究员,主要研究方向为电子器件辐射效应.

通讯作者:

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(11805268);中国科学院“西部青年学者”基金资助项目(2021-XBQNXZ-021);中国科学院青年创新促进会基金资助项目(2018473)

伦理声明:



Investigation of the effect of total ionization dose on time-dependent dielectric breakdown for HfO2-based gate dielectrics
Author:
Ethical statement:

Affiliation:

1.aKey Laboratory of Functional Materials and Devices for Special Environments;2.bXinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Urumqi Xinjiang 830011,China;3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

Funding:

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    摘要:

    针对纳米金属-氧化物-半导体(MOS)器件中采用的高介电常数HfO2栅介质,开展电离总剂量效应对栅介质经时击穿特性影响的研究。以HfO2栅介质MOS电容为研究对象,进行不同栅极偏置条件下60Co-γ射线的电离总剂量辐照试验,对比辐照前后MOS电容的电流-电压、电容-电压以及经时击穿特性的测试结果。结果显示,不同的辐照偏置条件下,MOS电容的损伤特性不同。正偏辐照下,低栅压下的栅电流显著增大,电容电压特性的斜率降低;零偏辐照下,正向高栅压时栅电流和电容均显著增大;负偏辐照下,栅电流均有增大,正向高栅压下电容增大,且电容斜率降低。3种偏置下,电容的经时击穿电压均显著减小。该研究为纳米MOS器件在辐射环境下的长期可靠性研究提供了参考。

    Abstract:

    The effect of total ionizing dose on the time-dependent breakdown characteristics of the high dielectric constant HfO2-based gate dielectric used in nano-Metal-Oxide-Semiconductor(MOS) devices has been investigated. The MOS capacitor with HfO2-based gate dielectrics is taken as the research object, a total dose ionization irradiation experiment of 60Co-γ rays with different gate biases is carried out. The test results of current-voltage, capacitance-voltage and time-dependent dielectric breakdown characteristics of MOS capacitor before and after irradiation are compared. The results show that the damage characteristics of MOS capacitors are different under different irradiation bias conditions. Under positive bias irradiation, the gate current increases significantly at low gate voltage, and the slope of capacitance-voltage characteristic decreases. Under zero bias irradiation, the gate current and capacitance increase significantly at high forward gate voltage. Under negative bias irradiation, the gate current increases, the capacitance increases under high forward gate voltage while the capacitance slope decreases. The time-dependent breakdown voltage of the capacitor decreases significantly under all three bias conditions. This study provides a reference for the long-term reliability study of nano-MOS devices in radiation environments.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

魏莹,崔江维,蒲晓娟,崔旭,梁晓雯,王嘉,郭旗.电离总剂量效应对HfO2栅介质经时击穿特性影响[J].太赫兹科学与电子信息学报,2022,20(9):903~907

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  • 收稿日期:2022-01-05
  • 最后修改日期:2022-04-22
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  • 在线发布日期: 2022-09-22
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